Eritilgan silika ustidagi erigan oltingugurtning noyob kimyoviy muhiti
Eritilgan oltingugurt (suyuq oltingugurt) sulfat kislota ishlab chiqarishda, kauchukni vulkanizatsiya qilishda, uglerod disulfidi va oltingugurtli beton ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi. Oltingugurtni erituvchi tanklar va filtrlash tizimlari oltingugurtni suyuq holatda ushlab turish uchun cho'milish isitgichlarini talab qiladi (allotropga qarab erish nuqtasi 115-120 daraja). Odatda ish harorati 120 darajadan 150 darajagacha, ba'zan esa 160 darajagacha. Bunday haroratlarda oltingugurt S₈ halqalari, S₆ va chiziqli polimerik zanjirlarning murakkab aralashmasi sifatida mavjud. Eritilgan oltingugurtdagi kvartsning korroziyaga qarshi harakati suvli kislota yoki gidroksidi hujumidan tubdan farq qiladi. Oltingugurtning o'zi kvarts uchun korroziy emas; ammo, erigan oltingugurt muqarrar ravishda kvarts yuzasi bilan reaksiyaga kirisha oladigan-vodorod sulfidi (H₂S), polisulfidlar (S_x²⁻) va namlikni-o‘z ichiga oladi. Bundan tashqari, oltingugurt havo ishtirokida yuqori haroratlarda asta-sekin oksidlanib, oltingugurt dioksidi (SO₂) va oltingugurt trioksidi (SO₃) hosil qiladi, bu esa o'z navbatida sulfat kislota hosil qilish uchun namlik bilan reaksiyaga kirishadi. Polisulfid hujumi va kislota hosil bo'lishining kombinatsiyasi eritilgan kremniyning sekin, ammo o'lchanadigan degradatsiyasini keltirib chiqaradi. Bu tahlil harorat (120–150 daraja), oltingugurtning tozaligi (texnik daraja va yuqori{19}}tozalik) va havo yoki namlikning mavjudligi kvarts qoplamalarining bir xil korroziya va chuqurlik tezligiga qanday taʼsir qilishini aniqlaydi. Oltingugurt eritish va filtrlash isitgichlarida amaliy xizmat ko'rsatish oralig'iga (5 000-20 000 soat) erishish uchun zarur bo'lgan devor qalinligi, bu past{25}}qovushqoqlik, yuqori-erigan muhitda qalinroq devorlarning termal jazosi bilan birga olinadi.
Nopokliklar bilan eritilgan oltingugurtdagi eritilgan kremniyning korroziya kinetikasi
Suv, kislorod va vodorod sulfididan xoli sof elementar oltingugurt asosan eritilgan kremniy oksidi uchun inertdir. Shu bilan birga, sanoat oltingugurt odatda 0,1-1% qoldiq vodorod sulfidini va Claus jarayonidan yoki tabiiy gazni tatlandırıcıdan polisulfidlarni o'z ichiga oladi. Erigan haroratda H₂S kvarts yuzasi bilan reaksiyaga kirishishi mumkin: Si-O-Si + H₂S → Si-S-Si + H₂O. Kremniy{11}}oltingugurt birikmalarining (kremniy tiollari yoki tioefirlar) hosil boʻlishi teskari boʻladi, lekin sirt qoʻpollashishiga olib kelishi mumkin. Bundan ham ahamiyatlisi, polisulfidlar (ayrim oltingugurt navlarida Na₂S_x yoki (NH₄)₂S_x) siloksan bog'lariga ta'sir qiluvchi kuchli nukleofillardir: Si-O-Si + S_x²⁻ → Si-S__3{20}{}2Si O²⁻. Bu reaksiya eruvchan kremniy polisulfid turlarini hosil qiladi, bu esa bir xil yupqalanishga olib keladi.
Immersion testing of high-purity fused quartz in technical-grade molten sulfur (0.3% H₂S, 0.1% polysulfide equivalent) at 135°C shows a uniform corrosion rate of 0.0002–0.0004 mm/hour. At 150°C, the rate increases to 0.0004–0.0007 mm/hour. At 120°C, the rate is below 0.0001 mm/hour. For comparison, the same quartz in 95% H₂SO₄ at 120°C corrodes at 0.002 mm/hour-5–10 times faster. Thus, molten sulfur is a relatively mild environment for quartz. A 2.0 mm quartz sheath at 135°C would lose only 0.0003 mm/hour × 10,000 hours = 3 mm-that would perforate a 2 mm wall in about 6,700 hours. Wait recalc: 0.0003 mm/hour × 6700 = 2.01 mm, so life ~6700 hours. That is plausible. At 150°C (0.0006 mm/hour), life ~3300 hours. At 120°C, life >20 000 soat. Bu oltingugurtni qayta ishlash bo'yicha ko'plab ilovalar uchun maqbuldir.
The presence of moisture accelerates attack. Water hydrolyzes the silicon-sulfur bonds, regenerating silanol groups and releasing H₂S, which can further attack the quartz. In sulfur containing >0,05% suv, korroziya darajasi 2-3 baravar yuqori. Aksincha, H₂Sni zararsizlantirish uchun oz miqdorda ammiak yoki amin qo'shilishi korroziyani kamaytirishi mumkin. Yuqori{5}}tozalikdagi oltingugurtda (masalan, yarimoʻtkazgich-yoki farmatsevtik{9}}navbatda) korroziya tezligi soatiga 0,00005 mm dan past boʻlib, kvartsni deyarli doimiy qiladi.
Oltingugurt dioksidining kondensatsiyasi va kislota hosil bo'lishidan chuqurchalar
Oltingugurt eritish tanklarida yanada muhim buzilish mexanizmi suyuq oltingugurtning o'zidan emas, balki eritilgan oltingugurt ustidagi bug 'bo'shlig'idan. Issiq oltingugurt bilan aloqa qilgan havo asta-sekin oksidlanadi: S + O₂ → SO₂. SO₂ keyinchalik SO₃ ga oksidlanishi mumkin, u sulfat kislota bug'ini hosil qilish uchun namlik bilan reaksiyaga kirishadi. Bu kislota bug'i suyuqlik chizig'i ustidagi sovuqroq kvarts yuzalarida (masalan, isitgich gardish yoki yuqori g'ilofda) kondensatsiyalanib, konsentrlangan sulfat kislota tomchilarini hosil qilib, kvartsni tezda chuqurlashtiradi. Bunday kondensatsiya zonalarida chuqurning o'sish sur'atlari suyuqlikdagi bir xil korroziyadan 0,005-0,015 mm / soat - 10-30 baravar tezroq bo'lishi mumkin. Agar bug 'bo'shlig'i boshqarilmasa, 2,0 mm devor uchun kislota kondensatsiyasi natijasida hosil bo'lgan chuqurchalar 130 soat ichida teshilishga olib kelishi mumkin.
Eritilgan oltingugurt yuzasi kvarts bilan aloqa qiladigan meniskus zonasi ham zaifdir. Oltingugurt past sirt tarangligiga ega (140 gradusda taxminan 40-50 mN/m), lekin u kvartsni yomon namlaydi, bu esa tik meniskga olib keladi. Nopokliklar uchuvchi turlarning (H₂S, suv) bug'lanishi orqali meniskda to'planadi. Bu mahalliy korroziy zonani yaratishi mumkin. Meniskus mintaqasidagi devor qalinligi xavfsizlik chegarasini ta'minlash uchun suv ostidagi qismdan kamida 0,5 mm kattaroq bo'lishi kerak.
Devor qalinligi eritilgan oltingugurt isitgichlarida xizmat muddatini qanday o'zgartiradi
For uniform corrosion in the liquid phase, life scales linearly with wall thickness. At 135°C with technical-grade sulfur (rate 0.0003 mm/hour), a 2.0 mm wall provides 6,700 hours; a 3.0 mm wall provides 10,000 hours. The benefit is proportional. For high-purity sulfur, even 1.5 mm walls provide >30 000 soat. Fazali kislota kondensatsiyasining bug '-kinetikasi chiziqli (parabolik emas), chunki kondensatsiyalangan kislota tomchilari doimiy ravishda to'ldiriladi. Shunday qilib, qalinroq devorlar, shuningdek, chuqurlikka qarshi chiziqli umrni uzaytiradi. 0,010 mm / soat chuqurlik tezligi bilan 2,0 mm devor 200 soat davom etadi; 3,0 mm devor 300 soat davom etadi. Bu shuni ko'rsatadiki, bug 'bo'sh joyni boshqarish devor qalinligidan ko'ra ko'proq muhimroqdir. Bug 'bo'shlig'ini azot bilan tozalash yoki yuqori g'ilofni isitish orqali kondensatsiyani yo'q qilish devor qalinligini ikkinchi darajali o'zgaruvchiga aylantirishi mumkin.
Eritilgan oltingugurtdagi qalin devorlarning termal jazosi
Eritilgan oltingugurt 130-150 daraja haroratda issiqlik o'tkazuvchanligi taxminan 0,20-0,25 Vt/(m·K)-suvdan pastroq va organik yog'larga o'xshaydi. Yopishqoqlik juda past (130 gradusda 5-10 cP, 150 gradusda 2-4 cP gacha kamayadi). Zichligi taxminan 1,8 g/sm³. Suyuqlikning past issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli aralashtiriladigan oltingugurt eritish tanklarida konvektiv issiqlik uzatish koeffitsientlari 200 dan 500 Vt / (m² · K) gacha. Kvarsning o'tkazuvchanlik qarshiligi muhim ahamiyatga ega. 1,5 mm devor uchun R_cond=0.00109 m²·K/Vt; 3,0 mm devor uchun, R_cond=0.00217 m²·K/Vt. h=350 Vt/(m²·K), R_chegarasi=0.00286. 1,5 mm uchun umumiy qarshilik=0.00395 → U=253 Vt/(m²·K) bilan; 3,0 mm=0.00503 → U=199 Vt/(m²·K) uchun 21% pasayish. Bu jazo o'rtacha. Biroq, oltingugurtning yuqori yashirin termoyadroviy issiqligi (taxminan 50 J/g) bo'lganligi sababli, U ga ega qalin devorlar ishga tushirish vaqtida qattiq oltingugurtni eritish uchun zarur bo'lgan vaqtni uzaytirishi mumkin. Isitgich suyuq oltingugurtga botiriladigan doimiy jarayonlar uchun jazo unchalik muhim emas.
Ssenariy-Eritilgan oltingugurt xizmatida kvarts qobig'ining devor qalinligi uchun asoslangan tanlash matritsasi
| Ilova stsenariysi va ishlash parametrlari | Tavsiya etilgan devor qalinligi | Miqdorli savdoning asosiy asosi-O‘chirish |
|---|---|---|
| Oltingugurt eritish tanki (texnik daraja, 135 daraja, uzluksiz ishlash, 1 yillik texnik xizmat ko'rsatish) | 2,0 – 2,5 mm, standart nav, chizilgan- | Yagona korroziya tezligi 0,0003 mm/soat → 2,0 mm 6700 soatni (9 oy) ta'minlaydi. Yillik almashtirish bilan qabul qilinadi. U ≈ 250 Vt/(m²·K). |
| Yuqori-tozalikdagi oltingugurt filtrlash (150 daraja, toza oltingugurt, inert gazni tozalash, doimiy) | 1,5 - 2,0 mm, standart nav | Korroziya ahamiyatsiz (<0.00005 mm/hour). Thin wall provides faster heat transfer (U ≈ 300 W/(m²·K)). Life >5 yil. |
| Oltingugurtni havo bilan aloqa qilish (bug 'bo'shlig'i tozalanmagan, kuchli kondensatsiya xavfi) | Kvars emas - Inconel yoki PTFE-qoplamali foydalaning | Acid condensation pitting >0,01 mm / soat 250 soat ichida 2,5 mm devorni yo'q qiladi. Muqobil qobiq yoki bug 'tozalash talab qilinadi. |
| Oltingugurt erituvchisi (130 daraja, vaqti-vaqti bilan foydalanish, har bir partiyadan keyin drenajlanadi, haftasiga 10 partiya) | 2,0 mm, tavlangan | Thermal cycling stresses more significant than corrosion. Annealed quartz resists cracking. 2.0 mm provides >10 000 jami soat. |
| Sulfur containing >0,5% H₂S va suv (har qanday harorat) | 2,5 – 3,0 mm, lekin oltingugurt bilan oldindan ishlov berishni tavsiya eting | Nopokliklar korroziyani 0,001 mm/soatgacha tezlashtiradi. 3.0 mm 3000 soatni ta'minlaydi. Oltingugurtni yuqori oqimda tozalash yaxshiroqdir. |
Eritilgan oltingugurtli isitgichlar uchun qo'shimcha dizayn modifikatsiyalari
Uchta strategiya kvarts isitgichning ishlash muddatini sezilarli darajada uzaytiradi. Birinchidan, bug-boʻshliqni inertlash: erigan oltingugurt ustidagi bosh boʻshliqni azot yoki boshqa inert gaz bilan tozalash kislorodni yoʻq qiladi, SO₂ va SO₃ hosil boʻlishining oldini oladi. Inertatsiya bilan kislota kondensatsiyasi natijasida hosil bo'ladigan chuqurliklar deyarli yo'q qilinadi va degradatsiyaning yagona mexanizmi H₂S va polisulfidlarning sekin bir xil hujumidir. Ikkinchidan, oltingugurt-oldindan ishlov berish: erigan oltingugurtni faollashtirilgan alumina qatlami yoki molekulyar elakdan oʻtkazish H₂S va suvni olib tashlaydi va korroziya tezligini 70–90% ga kamaytiradi. Uchinchidan, sirt qoplamasi: kvartsga yotqizilgan yupqa (5-10 mkm) bor nitridi yoki kremniy nitridi polisulfid hujumiga qarshi to'siq bo'lib xizmat muddatini 2-3 marta uzaytiradi. Biroq, termal tsikl ostida qoplamaning yopishishi qiyin.
Xulosa: To'g'ri bug'ni boshqarish bilan eritilgan oltingugurt uchun kvarts devor qalinligini belgilash
Kvarts suvga cho'mdiruvchi isitgichlar erigan oltingugurtni 120-150 daraja haroratda ishlatish uchun juda mos keladi, agar oltingugurt etarli darajada toza bo'lsa (past H₂S va suv) va suyuqlik ustidagi bug 'bo'shlig'i kislota kondensatsiyasini oldini olish uchun inert gaz bilan tozalangan bo'lsa. Bunday sharoitlarda 0,0002–0,0004 mm/soat bir xil korroziya tezligi 1,5–2,5 mm standart devor qalinligi 5000–15000 soat ishonchli xizmat ko'rsatish imkonini beradi. Qalinroq devorlarning termal jazosi o'rtacha (U ning 20-25% ga kamayishi) va uzluksiz jarayonlar uchun maqbuldir. Bug 'inertatsiyasiz, kislota kondensatsiyasining chuqurlashishi devor qalinligidan qat'i nazar, tez ishdan chiqishiga (yuzlab soat) olib kelishi mumkin. Oltingugurt erituvchilar uchun kotirovkalarni so'raganda, oltingugurtning tozaligini (H₂S va suv miqdori), inert gazni tozalash mavjudligini, ish haroratini va kerakli almashtirish oralig'ini ko'rsating. Bu ishlab chiqaruvchiga devor qalinligining o‘zi emas,-bo‘sh joyni boshqarish muhim muvaffaqiyat omili ekanligini aniq ko‘rsatib, ko‘pgina ilovalar uchun odatda 2,0 mm devor qalinligini tavsiya etish imkonini beradi.
